Blogginlägg Volupe

Simcenter STAR-CCM+ version 2020.3 nyheter - del 4

Den här veckan kommer vi att titta på nyheter som rör flerfasmodellering för Simcenter STAR-CCM+ version 2020.3. Vi kommer att titta på nyheter som rör både det eulerska och det langrangska ramverket. Och nyheter som rör båda områdena i kombination. Det finns några helt nya modeller och modellalternativ möjliga som möjliggör simulations som inte var möjliga tidigare.

Euleriska flerfasiga

I den eulerska ramen har vi nu en VOF-till-Langrangian-övergångsmodell och en MMP-LSI-modell (Mixture Multiphase & Large-Scale Interface).

VOF-Langrangian löst övergång

VOF-Langrangian-modellen är ett nytt verktyg för att minska beräkningskostnaderna för VOF simulations. Övergången baseras på användarkriterier för VOF-blobstorlek. Det ger inte bara minskade beräkningskostnader för VOF simulations utan fångar även de minsta dropparna i din simulering. Vanligtvis finns det även med AMR en gräns för hur små VOF-dropparna kan vara innan de försvinner i numerisk diffusion.

Den nya metoden kan kombineras med AMR-metoden, och det förfinade nätet kommer, när VOF-klumpen har avlägsnats, att bli grövre och LMP-dropparna blir subgrid.

Tillämpningar där detta kan vara av intresse är vattenhantering, slam i växellådor och bränslesprayer. Dessutom möjliggör denna implementering nu en övergång mellan flera delmodeller av det eulerska ramverket. I nästa exempel tittar vi på kylning i en elektrisk maskin, VOF-strålar träffar lindningar, och en löst VOF-fluid-filmövergång inträffar när det inte finns tillräckligt med nät för VOF. fluid-filmen gör droppar till Langrangian Multiphase (röda droppar). VOF bryter sönder dropparna (VOF-LMP-övergång, visas i rött). Slutligen kan båda LMP-faserna slå tillbaka till både Fluid film och VOF. Detta ger en fullständig övergång mellan olika typer av flerfasiga undermodeller.

MMP-LSI-modellen (Mixture Multiphase & Large Scale Interface).

Denna nya modell kombinerar effektivt VOF och MMP. VOF- och MMP-modellerna har liknande rötter, men VOF-modellen fångar fri yta utan fasglidning, medan MMP-modellen modellerar fasglidning utan fri yta. Tanken här är att man ska kunna öka CFL-antalet i sin simulering och ändå behålla ett relativt tydligt gränssnitt mellan faserna, samtidigt som man kan modellera underupplösta blandningar. En tillämpning här är kugghjulssmörjning, där denna nya modell möjliggör snabbare simulering än ren VOF. Modellen utvecklades ursprungligen som en undermodell till Eulerian Multiphase (EMP). Genom att göra den tillgänglig för MMP ger denna förmåga möjlighet till en mycket mindre beräkningskrävande modellering av flerfasmodellering.

I klippet nedan visas en jämförelse mellan den nya MMP-LSI-modellen och VOF med två olika CFL-nummer. I den övre raden har ett CFL-nummer på 0,5 använts och i den nedre ett CFL-nummer på 5. Både VOF och MMP-LSI-modellen kan lösa problemet vid CFL=0,5. Om man inför MMP-LSI och behåller det låga CFL-antalet kommer det att ta längre tid att få fram en lösning för en specifik CFL. Men poängen här är att för många tekniska tillämpningar är denna upplösningsnivå inte nödvändig. Och styrkan med denna nya modell är att man kan bibehålla en tillräckligt bra fångst av den fria ytan även vid CFL=5. Medan VOF-modellen vid CFL=5 helt utspäder gränssnittet, löser MMP-LSI-modellen upp det. Slutsatsen här är att det är ungefär fem gånger snabbare att gå från VOF vid CFL=0,5 till MMP-LSI vid CFL=5.

 

Det finns inte bara en hastighet i vissa typer av simuleringar med denna nya modell. Den ger också ett arbetsflöde för tillämpningar som tidigare inte var genomförbart. Nedan visas ett exempel på en flerstegspump som ofta används inom olje- och gasindustrin. I det här exemplet är den fungerande fluid en blandning av 90% vatten och 10% luft. fluid kommer in i inloppet som en homogen blandning som MMP:n kan fånga upp. De roterande bladens kroppskraft får sedan luften att separera sig från vattnet och bilda större bubblor som löses upp av MMP-LSI. Det som denna nya metod tillför är möjligheten att inkludera bubblor och olösta blandningar samtidigt.

Ett annat genomförande som ger VOF en ökad hastighet är den nya kompatibiliteten med PISO. Lösningsalgoritmen PISO är vanligtvis 1,5-3 gånger snabbare än SIMPLE för små tidssteg, vilket vanligtvis är fallet för VOF simulations vid CFL<1.

Langrangian flerfasig

Medan den eulerska ramen har fått ett par nya stora modeller har den långrangska ramen också fått några viktiga uppdateringar.

Kartläggare av data om gränsprov

Med hjälp av kartläggaren av data från gränsprover kan man nu integrera eller beräkna tidsgenomsnittet av alla partikelegenskaper hos partiklar som passerar genom eller på annat sätt interagerar med en gräns. Detta krävde tidigare skript och analys i en 3rd delverktyg utanför Simcenter STAR-CCM+. Denna implementering är användbar för att få fram tidsmedelvärden för den spatiala fördelningen av Sauter Mean Diameter för avdunstande droppar på specifika avstånd från munstycket. Bilden nedan visar ett exempel på detta, där alla partiklar som passerar genom det inre gränssnittet och utloppsgränsen bidrar till den statistiska analysen av partikelstorleken vid gränserna.

data kartläggare

Langrangiskt flerfasstöd för modellen för porösa medier

Tidigare kunde användarna bara använda typen Porös region i regioninställningarna för att simulera till exempel selektiv katalytisk reduktion och andra tillämpningar med partiklar tillsammans med porösa medier. Från och med version 2020.3 kan du nu aktivera modellen Porösa medier i fysikkontinuumet. Med metoden för porösa medier, till skillnad från metoden för porösa regioner, har du nu möjlighet att välja energimodeller för porösa medier. Du kan också välja porösa mediers dragmodell och för att definiera flera porösa faser kan du ställa in användardefinierad tillståndsekvation för fast material av porösa medier. Du kan nu också lägga till modeller för elektrokemi eller elektromagnetism till regionerna för porösa medier.

mediemodell

Källutjämning för dropparnas inverkan på VOF

Vid körning av hybrid flerfasig simulations i Simcenter STAR-CCM+Olika fysikmodeller kan kräva olika maskstorlek för att ge bästa möjliga noggrannhet och konvergens. I dessa situationer har cellklustermetoden redan visat sig vara mycket effektiv för att hantera två olika längdskalor i en enda simulering och förbättra konvergensen för tvåvägskoppling mellan långrangska och eulerska faser. En nyhet i den senaste versionen är att källutjämning med hjälp av cellklustring används i VOF-Langrangian impingement-modellen. Detta ger stabilitet i fall där den långrangska partikeln har en massa som är större än den största massan som kan rymmas i en cell. I detta fall överförs massan av den påfallande LMP-droppen till alla celler i det cellkluster som är värd för påverkan. Denna förbättring är inte ett modellval eller en inställning utan tillämpas automatiskt på alla simulations.

Ytterligare uppdateringar av Langrangian

Förutom de tidigare nämnda uppdateringarna har det också gjorts några mindre uppdateringar som är värda att nämna. Rosin-Rammler-exponenten för partikelstorleksfördelningen kan nu ställas in som en parameter (se den vänstra bilden). Detta möjliggör kalibrering av parametrar för partikelstorleksfördelning med hjälp av Design Manager.

Det finns också en ny fältfunktion för partikelentalpi (se mittenbilden). Den är användbar för att utvärdera energikomponenten i Langrangian Impingement source när den specifika värmen hos flytande eller gasformiga material specificeras med hjälp av en polynomisk fältfunktionsmetod.

Det finns nu också flödesbaserade alternativ för flödesspecifikationerna i injektorer som injicerar DEM-partiklar (se den högra bilden).

Partikelflöde.

 

 

 

 

 

Jag hoppas att veckans läsning har varit till hjälp för dig när du förverkligar dina CFD-drömmar och som vanligt, tveka inte att kontakta oss på support@volupe.comom du har några frågor.

Uppdatering av Simcenter STAR-CCM+ läsning
Simcenter STAR-CCM+ version 2020.3 nyheter - Del 1
Simcenter STAR-CCM+ version 2020.3 nyheter - Del 2
Utgivning av Simcenter STAR-CCM+ 2020.2 del 4
Simcenter STAR-CCM+ version 2020.3 news part5

 

 

 

Fler blogginlägg

sv_SESwedish